JP2000241211A

JP2000241211A - 流量測定装置

Info

Publication number: JP2000241211A
Application number: JP11041220A
Authority: JP
Inventors: Toshisuke Sakai; 敏輔酒井; Hirobumi Nakamura; 博文中村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2000-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】故障や異物の付着による性能低下を検出する
ことにより、高い測定精度を維持すると共に適切なメン
テナンス時期を判定することができる流量測定装置を提
供することを目的とする。【解決手段】管１内の流路内に設置され、流れの下流
側に向けてカルマン渦３ａを発生させる渦発生体２と、
渦発生体の下流側に設けられ流路を横切って磁界を形成
する磁界発生部３と、流路内に突出するように管壁に配
設され、流れが磁界内を通過するときの磁界変化で発生
する誘導起電力を検出する電極４と、電極４に発生する
誘導起電力を増幅する増幅部５と、増幅部５から出力さ
れる増幅誘導起電力が有する信号要素に基づいて複数種
類の流量を算出する演算部６と、演算部６で算出した複
数種類の流量の変動幅から故障か否かを判定する故障検
出部７とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流路を流れる導電
性の液体や気体（以下、「流体」という）の流量を測定
する流量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、流路を流れる流体の流量を測定す
る流量測定装置としては、例えば特開昭６０−４０９１
４号公報に記載されているように、流体中にカルマン渦
を発生させ、これを検知して流量を算出するカルマン渦
流量測定装置と呼ばれるものが広く知られている。この
カルマン渦流量測定装置では、発生するカルマン渦を検
知する手段として超音波、振動等が利用されている。

【０００３】しかしながら、超音波や振動の変化（例え
ば周波数変化や振動数変化）を検知するために用いられ
る検知装置は、複雑で且つ高コストまたは大型なものと
なるという問題点を有していた。

【０００４】そこで、この問題点を解決するために、発
生するカルマン渦を検知する方法として、例えば特開平
５−１７２５９８号公報に記載されているように、磁界
を用いて誘導起電力を検知する方法が提案された。

【０００５】また、本発明者らも本出願に先立って、磁
界による誘導起電力を用いた検知方式の流量測定装置を
提案している。そこで、この方式の流量測定装置につい
て以下説明する。

【０００６】図８は従来の流量測定装置を示す断面図で
あり、図９は図８のＢ−Ｂ線断面図である。図８、図９
において、１は管、２は渦発生体、３は磁界発生部、３
ａはカルマン渦、４は電極、５は増幅部、６Ａは演算部
である。

【０００７】図８、図９において、流体が通過する管１
内には、カルマン渦３ａを発生させる渦発生体２が設け
られている。また、渦発生体２よりも下流側の管１内に
は、電極４が一対設けられている。そして、管１の外周
の所定位置には、管１を挟むように対向してＳ極とＮ極
の磁石が配置された磁界発生部３が設けられている。こ
の磁界発生部３は磁界方向が電極４に対して垂直（図９
において紙面垂直）に形成されるように設けられてい
る。尚、電極４には流体の流量を算出する演算部６Ａが
電気的に接続されている。

【０００８】このような流量測定装置によると、カルマ
ン渦３ａの発生に伴う電極４間を横切る流体の渦運動で
流速変化が発生し、磁界下ではこの流速変化に基づいて
誘導起電力に変化が生じるので、この誘導起電力の変化
による周波数の測定を演算部６Ａにより行えば、流量の
算出ができることになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の流量測定装置では、電極４にスケールが付
着したり、毛髪などにより電極４間が短絡することで誘
導起電力が低下し、Ｓ／Ｎ比が悪くなってしまうという
問題点を有していた。特に、低流量では測定精度が悪く
なる、もしくは測定不能になるという問題点を有してい
た。

【００１０】この流量測定装置では、故障や異物の付着
による性能低下を検出して高い測定精度を維持すること
が要求されている。

【００１１】本発明は、故障や異物の付着による性能低
下を検出することにより、高い測定精度を維持すると共
に適切なメンテナンス時期を判定することができる流量
測定装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の流量測定装置は、管内の流路内に設置され、
流れの下流側に向けてカルマン渦を発生させる渦発生体
と、渦発生体の下流側に設けられ流路を横切って磁界を
形成する磁界発生部と、流路内に突出するように管壁に
配設され、流れが磁界内を通過するときの磁界変化で発
生する誘導起電力を検出する電極と、電極に発生する誘
導起電力を増幅する増幅部と、増幅部から出力される増
幅誘導起電力が有する信号要素に基づいて複数種類の流
量を算出する演算部と、演算部で算出した複数種類の流
量の変動幅から故障か否かを判定する故障検出部とを有
する構成を備えている。

【００１３】これにより、故障や異物の付着による性能
低下を検出することにより、高い測定精度を維持すると
共に適切なメンテナンス時期を判定することができる流
量測定装置が得られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の流量測
定装置は、管内の流路内に設置され、流れの下流側に向
けてカルマン渦を発生させる渦発生体と、渦発生体の下
流側に設けられ流路を横切って磁界を形成する磁界発生
部と、流路内に突出するように管壁に配設され、流れが
磁界内を通過するときの磁界変化で発生する誘導起電力
を検出する電極と、電極に発生する誘導起電力を増幅す
る増幅部と、増幅部から出力される増幅誘導起電力が有
する信号要素に基づいて複数種類の流量を算出する演算
部と、演算部で算出した複数種類の流量の変動幅から故
障か否かを判定する故障検出部とを有することとしたも
のであり、算出した複数種類の流量の変動幅から故障か
否かが判定され、故障や異物の付着による性能低下が検
出され、高い測定精度が維持されると共に適切なメンテ
ナンス時期が判定されるという作用を有する。

【００１５】請求項２に記載の流量測定装置は、請求項
１に記載の流量測定装置において、増幅部は、入力イン
ピーダンスが高インピーダンスであり、電極に流れる電
流を抑えて電圧を増幅することとしたものであり、電極
が高インピーダンスであることにより電極に流れる電流
が抑えられ、スケール付着が防止されるという作用を有
する。

【００１６】請求項３に記載の流量測定装置は、請求項
１または２に記載の流量測定装置において、流量に比例
して変化する増幅誘導起電力の信号要素としての直流成
分の振幅またはカルマン渦によって発生する増幅誘導起
電力の信号要素としての交流成分の振幅を検出する振幅
検出部を備え、演算部は、カルマン渦によって発生する
増幅誘導起電力の交流成分が有する信号要素としての周
波数を算出する周波数算出手段と、周波数から第１の流
量を算出し、振幅から第２の流量を算出する流量算出手
段とを有し、故障検出部は、流量算出手段が算出した第
１の流量と第２の流量とを比較し、比較結果としての変
動幅が設定基準流量を越えた時に故障と判定することと
したものであり、複数の方法によって得られた流量の変
動幅から故障か否かが判定されることにより、より信頼
性の高い故障判定がなされるという作用を有する。

【００１７】請求項４に記載の流量測定装置は、請求項
１または２に記載の流量測定装置において、演算部は、
カルマン渦によって発生する増幅誘導起電力の交流成分
が有する信号要素としての周波数を複数個算出する周波
数算出手段と、複数の周波数から流量を算出する流量算
出手段とを有し、故障検出部は、周波数算出手段で算出
した複数の周波数の変動幅が設定基準値を越えた時に故
障と判定することとしたものであり、算出した周波数の
変動幅から故障か否かが判定されることにより、新たに
故障検出のための回路を付加することなく信頼性の高い
故障判定がなされるという作用を有する。

【００１８】請求項５に記載の流量測定装置は、請求項
３に記載の流量測定装置において、設定基準流量は、所
定流量に対応して設定された流量もしくは前回通水時の
流量であることとしたものであり、装置毎のばらつき範
囲外に設定もしくは装置毎に設定するので、装置毎に生
じる誘導起電力のバラツキが吸収され、確実に故障判定
がなされるという作用を有する。

【００１９】請求項６に記載の流量測定装置は、請求項
４に記載の流量測定装置において、設定基準値は、所定
流量に対応して設定された周波数変動幅もしくは前回通
水時の平均周波数に対する最大変動幅であることとした
ものであり、装置毎のばらつき範囲外に設定もしくは装
置毎に設定するので、装置毎に生じる誘導起電力のバラ
ツキが吸収され、確実に故障判定がなされるという作用
を有する。

【００２０】請求項７に記載の流量測定装置は、請求項
３または５に記載の流量測定装置において、故障検出部
は、所定通水回数において連続して比較結果としての変
動幅が設定基準流量を越えた場合に故障と判定すること
としたものであり、誤検知が防止され確実に故障判定が
なされるという作用を有する。

【００２１】請求項８に記載の流量測定装置は、請求項
４または６に記載の流量測定装置において、故障検出部
は、所定通水回数において連続して複数の周波数の変動
幅が設定基準値を越えた場合に故障と判定することとし
たものであり、誤検知が防止され確実に故障判定がなさ
れるという作用を有する。

【００２２】請求項９に記載の流量測定装置は、請求項
１乃至８のいずれか１項に記載の流量測定装置におい
て、電極に電圧を印加して流れる電流を測定する電流測
定部と、電極からの信号を増幅部と電流測定部に切り換
える切換部とを備え、演算部は、切換部の切換え制御を
行うこととしたものであり、毛髪等の異物付着による電
極短絡の検出が可能になり、簡易な構成で電極短絡の故
障検知が可能になるという作用を有する。

【００２３】請求項１０に記載の流量測定装置は、請求
項９に記載の流量測定装置において、演算部は止水中に
切換部を電流測定部に切り換え、故障検出部は電流測定
部で測定した電流値が設定基準電流値を越えた場合に故
障と判定することとしたものであり、毛髪等の異物付着
による電極短絡が検出され、簡易な構成で電極短絡の故
障検知がなされるという作用を有する。

【００２４】以下、本発明の実施の形態について図１か
ら図８を用いて説明する。

【００２５】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１による流量測定装置を示す断面図であり、図２は図
１のＡ−Ａ線断面図、図３は流量と誘導起電力の関係を
示すグラフ図、図４はカルマン渦発生に伴いパルス状に
変化する誘導起電力を示すグラフ図である。

【００２６】図１、図２において、管１、渦発生体２、
磁界発生部３、カルマン渦３ａ、電極４、増幅部５は図
８、図９と同様のものなので、同一符号を付し、説明は
省略する。６は増幅部５から出力される増幅誘導起電力
から流量を算出する演算部、７は故障か否かを判定する
故障検出部である。

【００２７】このように構成された流量測定装置につい
て、その機能等を説明する。

【００２８】図１および図２に示すように、たとえば直
径１０ｍｍの内径を有し、流体が流れる管１の内部に
は、流体中に位置して管１内の流体にカルマン渦列を発
生させる渦発生体２が設置されている。管１が本実施の
形態１における流路である。この渦発生体２は、たとえ
ば断面が幅２．２ｍｍ、高さ３ｍｍの二等辺三角柱であ
る。しかし、カルマン渦列を発生させることができるも
のであれば、二等辺三角形の三角柱のほかどのような形
状のものであってもよい。

【００２９】渦発生体２の下流側において、管１の外周
には、管１を挟むようにしてＳ極とＮ極の永久磁石が対
向配置された磁界発生部３が設けられている。磁界発生
部３は電磁石であってもよい。そして、電極４が磁界発
生部３で発生した磁界に対して垂直に交差する位置に対
向して設けられている。ただ、磁界が流れと傾斜してい
ても、磁界と流れが交差することにより互いに直交する
直交成分が存在すれば測定は可能である。そして、渦発
生体２によって生じさせられたカルマン渦３ａが主流に
のって磁界を横切るとき、磁界の変化が生じ、電極４に
誘導起電力が発生する。なお、渦発生体２は磁界発生部
３の磁界方向に対して垂直に設置されている。

【００３０】電極４の両極には誘導起電力が現れるが、
この誘導起電力を入力信号ａ、ｂとして入力し増幅する
増幅部５と、増幅部５の出力信号（増幅誘導起電力）か
ら管１内を流れる流量を算出する演算部６と、演算部６
で算出された流量の変動幅から故障を検出する故障検出
部７とが電気的に接続されている。

【００３１】次に、このような構成を有する流量測定装
置の動作について説明する。

【００３２】管１内を流れる流体は、磁界発生部３で発
生している磁界内を通過する。このとき、図３に示すよ
うに、ファラデーの法則に従い、電極４間には流速にし
たがって流量に比例した誘導起電力が発生する。ところ
で、管１には、渦発生体２が設けられているから、管１
中の流れには周期的にカルマン渦列が発生する。このカ
ルマン渦列の渦度（渦の回転速度）は主流（管１中の流
れ）の流れの速度に重畳されるため、カルマン渦列が磁
界発生部３を通過すると、図４に示すように、速度の変
化が誘導起電力の変化としてパルス状に現われる。流体
の流量は周波数に比例するので、このパルス状に変化す
る周波数を測定すれば、管１内を流れる流体の流量が算
出できることになる。この周波数を測定して算出した流
量を第１の流量とする。

【００３３】しかしながら、電極４に発生した誘導起電
力を増幅部５で増幅すると、その増幅誘導起電力のレベ
ルは電極４の抵抗値により変化する。即ち、増幅部５に
流れる漏れ電流の影響により、電極４の抵抗分の電圧降
下が生じて増幅部５の入力電圧は変化する。このため、
電極４にスケール等の異物が付着して抵抗値が増加する
と、電圧降下により増幅部５の入力電圧は低下するの
で、増幅部５から出力される信号において、流量に比例
した直流成分やカルマン渦３ａによって発生する交流成
分の振幅が低下する。この流量に比例した直流成分やカ
ルマン渦３ａによって発生する交流成分の振幅から算出
した流量を第２の流量とする。したがって、第１の流量
に対する第２の流量の変動幅から、スケール等の異物付
着による故障を検出することができる。すなわち、第１
の流量は毛髪、スケール等の異物付着による影響を受け
ないが、第２の流量はそれらによる影響を受ける。

【００３４】尚、本実施の形態による流量測定装置の場
合、流量検知範囲を１Ｌ／ｍｉｎ（リットル／分）〜７
Ｌ／ｍｉｎに設定するためには配管中心の磁束密度を高
める必要があり、配管中心の磁束密度を高めるために磁
界発生部３には希土類の永久磁石を用い、管径の１／２
の幅をもつ磁石（５ｍｍ×５ｍｍ×３ｍｍ、磁束密度１
（Ｔ））を用いて、電極４間には１００ｍＶ程度の誘導
起電力を得る設定としている。

【００３５】しかしながら、得られる誘導起電力の大き
さは設置状態によるノイズの大きさや回路構成に応じて
設定する必要があり、それに伴い磁界発生部３に使用す
る磁石の磁束密度を適宜設定するのがよい。

【００３６】次に、このようにして得られた誘導起電力
の信号処理について図５を用いて説明する。図５は本発
明の実施の形態１による流量測定装置の信号処理回路を
示すブロック図である。

【００３７】図５において、管１、電極４、増幅部５、
演算部６、故障検出部７は図１、図２と同様のものなの
で、同一符号を付し、説明は省略する。８は増幅部５に
より増幅された信号（増幅誘導起電力）の交流成分をデ
ジタル信号に変換するデジタル変換部、９は増幅部５に
より増幅された信号の直流成分または交流成分の振幅の
ピークを抽出するピークホールド回路、１０はピークホ
ールド回路９の信号を数値化するＡ／Ｄ変換部、１１は
演算部６で算出された流量または故障検出部７で比較す
るデータを記憶する記憶部である。増幅部５は、図示し
ない差動増幅回路等の高入力インピーダンス回路で構成
されており、入力インピーダンスは１ＭΩ以上が望まし
い。また、演算部６は図示しないマイクロプロセッサと
その周辺回路からなり、所定時間内の周波数を測定する
周波数算出手段１２と、周波数算出手段１２で測定した
周波数またはＡ／Ｄ変換部１０で数値化されたデータか
ら管１内を流れる流体の流量を算出する流量算出手段１
３を有している。

【００３８】電極４から得られる誘導起電力（入力信号
ａ、ｂ）は増幅部５で増幅され、まずデジタル変換部８
を経て、誘導起電力データとして演算部６に取り込まれ
る。演算部６に入力される誘導起電力データにより、周
波数算出手段１２は、カルマン渦の発生周波数ｆを算出
する（図４参照）。同時に、増幅部５で増幅された信号
は、ピークホールド回路９で直流成分または交流成分の
振幅ａｍのピークを抽出され、Ａ／Ｄ変換部１０で数値
化される。流量算出手段１３は、得られた周波数ｆ及び
振幅ａｍを記憶部１１に記憶し、検知精度を高めるため
に任意に設定される測定回数としてｎ回おこない、平均
化処理を行なって平均周波数Ｆ及び平均振幅Ａを算出す
る。この平均周波数Ｆから第１の流量Ｑ１を算出し、平
均振幅Ａから第２の流量Ｑ２を算出する。

【００３９】続いて、流量算出手段１３で行われる流量
算出について説明する。平均周波数Ｆから算出される第
１の流量Ｑ１は以下の式によって求められる。

【００４０】カルマン渦発生の周波数と流速の関係は、
一般に周波数ｆ（Ｈｚ）と流速ｖ（ｍ／ｓ）と、渦発生
体の径ｄ（ｍ）、比例定数をＳｔ（ストローハル数）と
おくと、周波数ｆは次式（１）で求められる。

【００４１】ｆ＝Ｓｔ×ｖ／ｄ・・・・・・（１）ここで、ストローハル数Ｓｔにあてはめるためのレイノ
ルズ数Ｒｅは、水の動粘性係数ν、速度ｖ、渦発生体の
径ｄから、次式（２）で求められる。

【００４２】Ｒｅ＝ｖ×ｄ／ν・・・・・・（２）本実施の形態は水の流量を測定するものであり、水の動
粘性係数ν＝１．００４×１０^-6ｍ²／ｓ（２０℃、１
ａｔｍ）、渦発生体の径ｄ＝２．２ｍｍ、流量Ｑ＝１〜
７（Ｌ／ｍｉｎ）である。

【００４３】また、流量Ｑ（Ｌ／ｍｉｎ）＝速度ｖ（ｍ
／ｓ）×管断面積Ｓ（ｍ²）の関係からレイノルズ数Ｒ
ｅを求めると、管１の直径＝１０ｍｍと（２）式とからＲｅ＝ｖ×ｄ／ν＝（Ｑ／Ｓ）×ｄ／ν＝２．３×１０
²〜３．４×１０³となり、この範囲では、上記ストロー
ハル数はＳｔ＝０．２として与えることができる。とい
うのは、Ｒｅ＝１０²〜１０⁵の範囲でＳｔはほぼ一定の
Ｓｔ＝０．２をとるからである。したがって、流量Ｑを
求める式に変換すると、次式（３）式が得られる。

【００４４】Ｑ＝Ｓ×ｖ＝ｆ×Ｓ×ｄ／Ｓｔ・・・・・・・（３）（３）式に本実施の形態での条件を代入すると、求めら
れる流量Ｑ１は、次式（４）となる。

【００４５】Ｑ１＝０．０５×Ｆ（Ｆはｎ回の平均周波数）・・・・・・・・・（４）尚、本実施の形態では、Ｑ＝１〜７（Ｌ／ｍｉｎ）、ν
＝１．００４×１０^-6ｍ²／ｓの水を用いたが、Ｒｅ＝
１０²〜１０⁵の範囲でストローハル数Ｓｔ＝０．２であ
るから、上記の共通の式を使用でき、水であればおおむ
ねＱ＝１００（Ｌ／ｍｉｎ）程度までの測定が可能であ
る。さらに、流量Ｑ、動粘性係数νに応じて、上記レイ
ノルズ数範囲外においても、ストローハル数Ｓｔを選定
すれば、さらに広範囲の測定を可能とすることができ
る。

【００４６】次に、平均振幅Ａから算出される第２の流
量Ｑ２は以下の式によって求められる。

【００４７】誘導起電力の直流成分または交流成分の振
幅Ｅ（ｍＶ）と流量Ｑ（Ｌ／ｍｉｎ）との関係は、ファ
ラデーの法則により配管内の磁束密度Ｂ、速度ｖ、管径
をＤとおくと、次式（５）で求められる。

【００４８】Ｅ＝Ｂ×ｖ×Ｄ・・・・・・・・（５）（５）式を流量Ｑを求める式に変換すると、次式（６）
が得られる。

【００４９】Ｑ＝Ｓ×ｖ＝Ｅ×（（Ｄ／２）２×π）／（Ｂ×Ｄ）・・・・・（６）本実施の形態での条件である管径Ｄ＝１０（ｍｍ）、磁
束密度Ｂ＝１（Ｔ）を（６）式に代入すると、求める流
量Ｑ２は、次式（７）となる。

【００５０】Ｑ２＝４７０×Ｅ・・・・・・・・（７）また、本実施の形態における増幅部５の増幅率を１００
倍とすると、Ｅ＝Ａ／１００であるので、式（７）は次
式（８）に変換される。

【００５１】Ｑ２＝４７０×（Ａ／１００）＝４．７×Ａ・・・・・・（８）このようにして算出した第１の流量Ｑ１及び第２の流量
Ｑ２は、基本的には同じ値を取るはずである（Ｑ１＝Ｑ
２）。しかし、上述のようにスケール等の異物付着によ
り振幅Ａが低下するので、Ｑ１＞Ｑ２となり、異物付着
の度合いが大きくなれば、その差も大きくなる。したが
って、流量算出が終了した演算部６は、記憶部１１にＱ
１及びＱ２を記憶して、故障検出部７に比較制御信号ｃ
を送出する。比較制御信号ｃを受けた故障検出部７は、
Ｑ１及びＱ２を記憶部１１から読み出し、その差（Ｑ１
−Ｑ２＝ΔＱ１）と判定の基準となる設定値（Ｋ１、設
定基準流量）とを比較する。その結果、ΔＱ１＞Ｋ１と
なり設定基準流量Ｋ１を越えたら記憶部１１に記憶して
おく。上記動作を通水毎に行い、所定通水回数において
連続してΔＱ１＞Ｋ１であれば、故障であると判定して
演算部６に故障検出信号ｄを送出する。

【００５２】尚、故障検出部７ではΔＱ１と判定の基準
となる設定基準流量Ｋ１を比較したが、前回通水時のＱ
１とＱ２の差（ΔＱ０）を記憶部１１に記憶しておき、
ΔＱ１とΔＱ０を比較して、ΔＱ１＞ΔＱ０であれば故
障であると判定する方法でもよい。また、Ｑ１とＱ２の
差ではなく、比を比較しても良い。

【００５３】このように本実施の形態では、算出した流
量の変動幅から故障か否かを判定することができるの
で、誤検知を防止して確実に故障や異物の付着による性
能低下を検出することができるので、高い測定精度を維
持すると共に適切なメンテナンス時期を判断することが
可能になる。また、電極を高インピーダンスにすること
で電極に流れる電流を抑え、スケール付着を防止するこ
とができる。

【００５４】（実施の形態２）図６は本発明の実施の形
態２による流量測定装置の信号処理回路を示すブロック
図である。図６において、管１、電極４、増幅部５、演
算部６、故障検出部７、デジタル変換部８、記憶部１
１、周波数算出手段１２、流量算出手段１３は図５と同
様のものなので、同一符号を付し、説明は省略する。す
なわち、図５からピークホールド回路９とＡ／Ｄ変換部
１０を除いたものが図６の信号処理回路であり、本実施
の形態と実施の形態１とは演算部６の動作が異なる。

【００５５】図６において、周波数算出手段１２におい
てカルマン渦の発生周波数ｆを測定するまでの動作は実
施の形態１と同様である。演算部６は、故障検出のため
に周波数算出手段１２による周波数算出をｎ回（任意に
設定される測定回数）繰り返し、記憶部１１に記憶す
る。また、流量測定手段１３は平均周波数Ｆを算出して
流量Ｑ１を式（４）により算出する。故障検出部７は、
演算部６の流量算出完了に伴う比較制御信号ｃを受け
て、記憶部１１に記憶されたｎ回の測定で得られた周波
数ｆ（１）〜ｆ（ｎ）に関して、次式（９）に示す変動
値（流量関連値）αを計算する。

【００５６】｜Ｆ−ｆ（ｎ）｜／Ｆ＝α（ｎ）・・・・・（９）尚、本実施の形態では平均周波数Ｆに対する変動値αを
計算したが、前後して測定する周波数ｆの近親性に着目
して次式（１０）で示す（ｎ−１）個のバラツキ差分を
計算しても良い。

【００５７】｜ｆ（ｎ−１）−ｆ（ｎ）｜／ｆ（ｎ−１）＝α（ｎ−１）・・・・（１０）上記変動値α（ｎ）の中で最大値となるα（ｉ）を流量
Ｑ１における変動幅として判定の基準となる設定基準値
Ｋ２と比較する。その結果、α（ｉ）＞Ｋ２となり設定
値を越えたら記憶部１１に記憶しておく。上記動作を通
水毎に行い、所定通水回数において連続してα（ｉ）＞
Ｋ２であれば、故障検出部７は故障であると判定して演
算部６に故障検出信号ｄを送出する。

【００５８】尚、故障検出部７ではα（ｉ）と判定の基
準となる設定基準値Ｋ２とを比較したが、前回通水時の
変動幅α（ｊ）を記憶部１１に記憶しておき、α（ｉ）
とα（ｊ）を比較して、α（ｉ）＞α（ｊ）であれば故
障であると判定する方法でもよい。

【００５９】このように本実施の形態では、算出した流
量と周波数の変動幅から故障か否かを判定するので、新
たに故障検出のための回路を付加することなく、信頼性
の高い故障判定ができる。

【００６０】（実施の形態３）図７は本発明の実施の形
態３による流量測定回路の信号処理回路を示すブロック
図である。

【００６１】図７において、管１、電極４、増幅部５、
演算部６、故障検出部７、デジタル変換部８、ピークホ
ールド回路９、Ａ／Ｄ変換部１０、記憶部１１、周波数
算出手段１２、流量算出手段１３は図５と同様のものな
ので、同一符号を付し、説明は省略する。１４は電極４
に一定な直流電圧を印加する定電圧源、１５は定電圧源
１４から電極４に電圧を印加した時に流れる電流を測定
する電流測定部、１６は電極４から定電圧源１４及び電
流測定部１５への電気的な接続と電極４から増幅部５へ
の電気的な接続とを切り換える切換部である。

【００６２】図７において、電極４からの誘導起電力が
ない状態を止水状態として、この止水状態において演算
部６は、切換部１６に制御信号ｅを送り、電極４からの
電気的な接続を定電圧源１４及び電流測定部１５へと切
り換える。切換えが完了したら、定電圧源１４から電圧
を印加して電極４に流れる電流を電流測定部１５で測定
する。正常な状態であれば、電極４間には導電性の流体
が滞留している。したがって、電極４間のインピーダン
スＺは数１０Ω以上あり、電極４に流れる電流値はオー
ムの法則に従いＺに依存する値になっている。しかし、
毛髪等が付着して電極４が短絡状態にある時は、電極４
間のインピーダンスは数Ω以下となり、大きな電流が流
れることになる。

【００６３】故障検出部７は、電流測定部１５で測定し
た電流値Ｉと判定の基準となる設定基準電流値Ｋ３とを
比較する。その結果、Ｉ＞Ｋ３となり設定基準電流値Ｋ
３を越えたら記憶部１１に記憶しておく。上記動作を検
知精度を高めるために任意に設定される測定回数として
ｎ回おこない、連続してＩ＞Ｋ３であれば、故障検出部
７は、故障であると判定して演算部６に故障検出信号ｄ
を送出する。

【００６４】このように本実施の形態では、定電圧源１
４により電極４に電圧を印加して流れる電流を電流測定
部１５で測定するようにしたので、毛髪等の異物付着に
よる電極短絡を検出することができ、簡易な構成で電極
短絡の故障検知ができる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
記載の流量測定装置によれば、管内の流路内に設置さ
れ、流れの下流側に向けてカルマン渦を発生させる渦発
生体と、渦発生体の下流側に設けられ流路を横切って磁
界を形成する磁界発生部と、流路内に突出するように管
壁に配設され、流れが磁界内を通過するときの磁界変化
で発生する誘導起電力を検出する電極と、電極に発生す
る誘導起電力を増幅する増幅部と、増幅部から出力され
る増幅誘導起電力が有する信号要素に基づいて複数種類
の流量を算出する演算部と、演算部で算出した複数種類
の流量の変動幅から故障か否かを判定する故障検出部と
を有することにより、算出した複数種類の流量の変動幅
から故障か否かを判定することができるので、故障や異
物の付着による性能低下を検出することができ、高い測
定精度を維持することができると共に適切なメンテナン
ス時期を判定することができるという有利な効果が得ら
れる。

【００６６】請求項２に記載の流量測定装置によれば、
請求項１に記載の流量測定装置において、増幅部は、入
力インピーダンスが高インピーダンスであり、電極に流
れる電流を抑えて電圧を増幅することにより、電極が高
インピーダンスであることにより電極に流れる電流を抑
制することができるので、スケール付着を防止すること
ができるという有利な効果が得られる。

【００６７】請求項３に記載の流量測定装置によれば、
請求項１または２に記載の流量測定装置において、流量
に比例して変化する増幅誘導起電力の信号要素としての
直流成分の振幅またはカルマン渦によって発生する増幅
誘導起電力の信号要素としての交流成分の振幅を検出す
る振幅検出部を備え、演算部は、カルマン渦によって発
生する増幅誘導起電力の交流成分が有する信号要素とし
ての周波数を算出する周波数算出手段と、周波数から第
１の流量を算出し、振幅から第２の流量を算出する流量
算出手段とを有し、故障検出部は、流量算出手段が算出
した第１の流量と第２の流量とを比較し、比較結果とし
ての変動幅が設定基準流量を越えた時に故障と判定する
ことにより、複数の方法によって得られた流量の変動幅
から故障か否かを判定することができるので、より信頼
性の高い故障判定を行うことができるという有利な効果
が得られる。

【００６８】請求項４に記載の流量測定装置によれば、
請求項１または２に記載の流量測定装置において、演算
部は、カルマン渦によって発生する増幅誘導起電力の交
流成分が有する信号要素としての周波数を複数個算出す
る周波数算出手段と、複数の周波数から流量を算出する
流量算出手段とを有し、故障検出部は、周波数算出手段
で算出した複数の周波数の変動幅が設定基準値を越えた
時に故障と判定することにより、算出した周波数の変動
幅から故障か否かを判定することができるので、新たに
故障検出のための回路を付加することなく信頼性の高い
故障判定を行うことができる。

【００６９】請求項５に記載の流量測定装置によれば、
請求項３に記載の流量測定装置において、設定基準流量
は、所定流量に対応して設定された流量もしくは前回通
水時の流量であることにより、装置毎のばらつき範囲外
に設定もしくは装置毎に設定するので、装置毎に生じる
誘導起電力のバラツキを吸収して、確実に故障判定を行
うことができるという有利な効果が得られる。

【００７０】請求項６に記載の流量測定装置によれば、
請求項４に記載の流量測定装置において、設定基準値
は、所定流量に対応して設定された周波数変動幅もしく
は前回通水時の平均周波数に対する最大変動幅であるこ
とにより、装置毎のばらつき範囲外に設定もしくは装置
毎に設定するので、装置毎に生じる誘導起電力のバラツ
キを吸収して、確実に故障判定を行うことができるとい
う有利な効果が得られる。

【００７１】請求項７に記載の流量測定装置によれば、
請求項３または５に記載の流量測定装置において、故障
検出部は、所定通水回数において連続して比較結果とし
ての変動幅が設定基準流量を越えた場合に故障と判定す
ることにより、誤検知を防止して確実に故障判定を行う
ことができるという有利な効果が得られる。

【００７２】請求項８に記載の流量測定装置によれば、
請求項４または６に記載の流量測定装置において、故障
検出部は、所定通水回数において連続して複数の周波数
の変動幅が設定基準値を越えた場合に故障と判定するこ
とにより、誤検知を防止して確実に故障判定を行うこと
ができるという有利な効果が得られる。

【００７３】請求項９に記載の流量測定装置によれば、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の流量測定装置に
おいて、電極に電圧を印加して流れる電流を測定する電
流測定部と、電極からの信号を増幅部と電流測定部に切
り換える切換部とを備え、演算部は、切換部の切換え制
御を行うことにより、毛髪等の異物付着による電極短絡
の検出が可能になり、簡易な構成で電極短絡の故障検知
が可能になるという有利な効果が得られる。

【００７４】請求項１０に記載の流量測定装置によれ
ば、請求項９に記載の流量測定装置において、演算部は
止水中に切換部を電流測定部に切り換え、故障検出部は
電流測定部で測定した電流値が設定基準電流値を越えた
場合に故障と判定することにより、毛髪等の異物付着に
よる電極短絡の検出が可能になり、簡易な構成で電極短
絡の故障検知を行うことができるという有利な効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による流量測定装置を示
す断面図

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図

【図３】流量と誘導起電力の関係を示すグラフ

【図４】カルマン渦発生に伴いパルス状に変化する誘導
起電力を示すグラフ

【図５】本発明の実施の形態１による流量測定装置の信
号処理回路を示すブロック図

【図６】本発明の実施の形態２による流量測定装置の信
号処理回路を示すブロック図

【図７】本発明の実施の形態３による流量測定装置の信
号処理回路を示すブロック図

【図８】従来の流量測定装置を示す断面図

【図９】図８のＢ−Ｂ線断面図

【符号の説明】

１管２渦発生体３磁界発生部４電極５増幅部６演算部７故障検出部８デジタル変換部９ピークホールド回路１０Ａ／Ｄ変換部１１記憶部１２周波数算出手段１３流量算出手段１４定電圧源１５電流測定部１６切換部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管内の流路内に設置され、流れの下流側に
向けてカルマン渦を発生させる渦発生体と、前記渦発生
体の下流側に設けられ前記流路を横切って磁界を形成す
る磁界発生部と、前記流路内に突出するように前記管壁
に配設され、前記流れが前記磁界内を通過するときの磁
界変化で発生する誘導起電力を検出する電極と、前記電
極に発生する前記誘導起電力を増幅する増幅部と、前記
増幅部から出力される増幅誘導起電力が有する信号要素
に基づいて複数種類の流量を算出する演算部と、前記演
算部で算出した複数種類の流量の変動幅から故障か否か
を判定する故障検出部とを有することを特徴とする流量
測定装置。
【請求項２】前記増幅部は、入力インピーダンスが高イ
ンピーダンスであり、前記電極に流れる電流を抑えて電
圧を増幅することを特徴とする請求項１に記載の流量測
定装置。
【請求項３】流量に比例して変化する前記増幅誘導起電
力の前記信号要素としての直流成分の振幅またはカルマ
ン渦によって発生する前記増幅誘導起電力の前記信号要
素としての交流成分の振幅を検出する振幅検出部を備
え、前記演算部は、カルマン渦によって発生する前記増
幅誘導起電力の交流成分が有する前記信号要素としての
周波数を算出する周波数算出手段と、前記周波数から第
１の流量を算出し、前記振幅から第２の流量を算出する
流量算出手段とを有し、前記故障検出部は、前記流量算
出手段が算出した前記第１の流量と前記第２の流量とを
比較し、比較結果としての変動幅が設定基準流量を越え
た時に故障と判定することを特徴とする請求項１または
２に記載の流量測定装置。
【請求項４】前記演算部は、カルマン渦によって発生す
る前記増幅誘導起電力の交流成分が有する前記信号要素
としての周波数を複数個算出する周波数算出手段と、前
記複数の周波数から流量を算出する流量算出手段とを有
し、前記故障検出部は、前記周波数算出手段で算出した
複数の周波数の変動幅が設定基準値を越えた時に故障と
判定することを特徴とする請求項１または２に記載の流
量測定装置。
【請求項５】前記設定基準流量は、所定流量に対応して
設定された流量もしくは前回通水時の流量であることを
特徴とする請求項３に記載の流量測定装置。
【請求項６】前記設定基準値は、所定流量に対応して設
定された周波数変動幅もしくは前回通水時の平均周波数
に対する最大変動幅であることを特徴とする請求項４に
記載の流量測定装置。
【請求項７】前記故障検出部は、所定通水回数において
連続して前記比較結果としての変動幅が前記設定基準流
量を越えた場合に故障と判定することを特徴とする請求
項３または５に記載の流量測定装置。
【請求項８】前記故障検出部は、所定通水回数において
連続して前記複数の周波数の変動幅が前記設定基準値を
越えた場合に故障と判定することを特徴とする請求項４
または６に記載の流量測定装置。
【請求項９】電極に電圧を印加して流れる電流を測定す
る電流測定部と、電極からの信号を前記増幅部と前記電
流測定部に切り換える切換部とを備え、前記演算部は、
前記切換部の切換え制御を行うことを特徴とする請求項
１乃至８のいずれか１に記載の流量測定装置。
【請求項１０】前記演算部は止水中に前記切換部を前記
電流測定部に切り換え、前記故障検出部は前記電流測定
部で測定した電流値が設定基準電流値を越えた場合に故
障と判定することを特徴とする請求項９に記載の流量測
定装置。